Возможности применения смесей, содержащих кислород и аргон, в целях кардиопротекции в раннем послеоперационном периоде при ИБС

Введение. Использование инертных газов в качестве органопротективных агентов является новой методикой в различных областях медицины. Данный способ может эффективно применяться для защиты миокарда, которая может быть широко внедрена в клиническую практику, включая кардиохирургию. Смеси кислорода и аргона в различных концентрациях вводятся ингаляционно. Среди остальных газов аргон выделяется своей низкой стоимостью, доступностью, отсутствием наркотического эффекта и влияния на гемодинамику.

Цель исследования. Изучить эффекты ингаляции смесей кислорода и аргона с целью пре- (ПреК) и посткондиционирования (ПостК) на клеточных моделях и лабораторных животных, а также в клинических исследованиях.

Материалы и методы. Проведен обзор литературных источников среди отечественных и англоязычных публикаций. Использованы базы данных Pubmed, Web of Science, РИНЦ.

Результаты. Подтверждается защитный эффект аргона на кардиомиоциты и миокард в целом. Аргон не влияет на клетки мозга и почек. На клеточной модели показано, что скорость апоптоза уменьшается, а скорость пролиферации увеличивается, однако упоминаются случаи некроза. Сведения о периоперационном применении аргона отсутствуют.

Заключение. По результатам проведенного обзора, мы выяснили, что проблема является актуальной и необходимы дальнейшие исследования кислород-аргоновых смесей, в том числе возможности их применения в клинической практике с кардиопротективной целью.

1. Bethesda M.D. Nhlbi Morbidity and Mortality Chartbook; National Heart, Lung and Blood Institute: Bethesda, MD, USA, 2002

2. Go A.S., Mozaffarian D., Roger V.L., Benjamin E.J., Berry J.D., Blaha M.J. et al. Heart disease and stroke statistics—2014 update: A report from the american heart association. Circulation, 2014. № 129, pp. e28–e292. https://doi.org/10.1161/01.cir.0000441139.02102.80

3. De Hert S.G. Volatile anesthetics and cardiac function. Semin. Cardiothorac. Vasc. Anesth, 2006, №10, pp. 33-42. https://doi.org/10.1177/108925320601000107

4. De Hert SG. Cardioprotection by volatile anesthetics: what about noncardiac surgery? J. Cardiothorac. Vasc. Anesth, 2011, № 25, pp. 899–901. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2011.08.004

5. Солдатов П.Э., Дьяченко А.И., Павлов Б.Н., Федотов А.П., Чугуев А.П. Выживаемость лабораторных животных в аргон-содержащих гипоксических средах. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998. № 32 (4). С. 33–37

6. Kiss A., Shu H., Hamza O., Santer D., Tretter E.V., Yao S. et al. Argon preconditioning enhances postischaemic cardiac functional recovery following cardioplegic arrest and global cold ischaemia. Eur. J. Cardiothorac. Surg., 2018, № 54, pp. 539–546. https://doi.org/10.1093/ejcts/ezy104

7. Pagel P.S., Krolikowski J.G., Shim Y.H., Venkatapuram S., Kersten J.R., Weihrauch D. et al. Noble gases without anesthetic properties protect myocardium against infarction by activating prosurvival signaling kinases and inhibiting mitochondrial permeability transition in vivo. Anesth. Analg, 2007, № 105, pp. 562–569. https://doi.org/10.1213/01.ane.0000278083.31991.36

8. Lemoine S., Blanchart K., Souplis M., Lemaitre A., Legallois D., Coulbault L. et al. Argon exposure induces postconditioning in myocardial ischemia–reperfusion. J. Cardiovasc. Pharmacol. Ther., 2017, № 22, pp. 564–573. https://doi.org/10.1177/1074248417702891

9. Fahlenkamp A.V., Rossaint R., Haase H., Al Kassam H., Ryang Y.M., Beyer C., Coburn M. The noble gas argon modifies extracellular signalregulated kinase 1/2 signaling in neurons and glial cells. Eur. J. Pharmacol., 2012, № 674, pp. 104–111. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2011.10.045

10. Jawad N., Rizvi M., Gu J., Adeyi O., Tao G., Maze M., Ma D. Neuroprotection (and lack of neuroprotection) afforded by a series of noble gases in an in vitro model of neuronal injury. Neurosci. Lett., 2009, № 460, pp. 232–236. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2009.05.069

11. Loetscher P.D., Rossaint J., Rossaint R., Weis J., Fries M., Fahlenkamp A. et al. Argon: neuroprotection in in vitro models of cerebral ischemia and traumatic brain injury. Crit. Care., 2009, № 13, pр. R206. https://doi.org/10.1186/cc8214

12. Brucken A., Cizen A., Fera C., Meinhardt A., Weis J., Nolte K. et al. Argon reduces neurohistopathological damage and preserves functional recovery after cardiac arrest in rats. Br J Anaesth., 2013, № 110, pp. i106–i112. https://doi.org/10.1093/bja/aes509

13. Brucken A., Kurnaz P., Bleilevens C., Derwall M., Weis J., Nolte K. et al. Dose dependent neuroprotection of the noble gas argon after cardiac arrest in rats is not mediated by K(ATP)-channel opening. Resuscitation, 2014, № 85, pp. 826–832. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2014.02.014

14. De Deken J., Rex S., Monbaliu D., Pirenne J., Jochmans I. The efficacy of noble gases in the attenuation of ischemia reperfusion injury: a systematic review and meta-analyses. Crit. Care. Med., 2016, № 44, pp. e886–96. https://doi.org/10.1097/CCM.0000000000001717

15. Hafner C., Qi H., Soto-Gonzalez L., Doerr K., Ullrich R., Tretter E.V. et al. Argon Preconditioning Protects Airway Epithelial Cells against Hydrogen Peroxide-Induced Oxidative Stress. Eur. Surg. Res., 2016, № 57, pp. 252–262. https://doi.org/10.1159/000448682

16. COESA. U.S. Standard Atmosphere 1976. Washington DC: U.S. Government Printing Office; 1976; 1–241. Report No.: NOAA-S/T76-1562.

17. Боева Е. А., Гребенчиков О. А. Органопротективные свойств аргона (обзор). Общая реаниматология, 2022, № 18. С. 44–59. https://doi.org/10.15360/1813-9779-2022-5-44-59

18. Ma S., Chu D., Li L., Creed J.A., Ryang Y.M., Sheng H. et al. Argon Inhalation for 24 Hours After Onset of Permanent Focal Cerebral Ischemia in Rats Provides Neuroprotection and Improves Neurologic Outcome. Crit. Care Med., 2019, № 47, pp. e693–e699. https://doi.org/10.1097/CCM.0000000000003809

19. Nespoli F., Redaelli S., Ruggeri L., Fumagalli F., Olivari D., Ristagno G. A complete review of preclinical and clinical uses of the noble gas argon: Evidence of safety and protection. Ann. Card. Anaesth., 2019, № 22, pp. 122–135. https://doi.org/10.4103/aca.ACA_111_18

20. Schneider F.I., Krieg S.M., Lindauer U., Stoffel M., Ryang Y.M. Neuroprotective Effects of the Inert Gas Argon on Experimental Traumatic Brain Injury In Vivo with the Controlled Cortical Impact Model in Mice. Biology (Basel)., 2022, № 11, рp. 158. https://doi.org/10.3390/biology11020158

21. Ulbrich F., Kaufmann K.B., Meske A. et al. The CORM ALF-186 Mediates Anti-Apoptotic Signaling via an Activation of the p38 MAPK after Ischemia and Reperfusion Injury in Retinal Ganglion Cells. PLoS One., 2016, № 11, pр. e0165182. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0165182

22. Вдовин А.В., Ноздрачева Л.В., Павлов Б.Н. Показатели энергетического метаболизма мозга крыс при дыхании гипоксическими смесями, содержащими азот или аргон. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины., 1998. № 125. С. 618–619.

23. Петров В.А., Иванов А.О., Киндзерский А.В., Майоров И.В. Способ экстренного купирования острых ишемических приступов с нарушением мозгового или коронарного кровообращения. Патент на изобретение № RU 2748126 C1. Дата регистрации: 01.06.2020. Дата публикации: 19.05.2021.

24. Петров В.А., Иванов А.О., Кочубейник Н.В., Шатов Д.В. Способ вспомогательной терапии при лечении и реабилитации больных с нарушениями кислородного баланса организма. Патент на изобретение № RU 2661771 C2. Дата регистрации: 13.12.2016. Дата публикации: 19.07.2018.

25. Spaggiari S., Kepp O., Rello-Varona S., Chaba K., Adjemian S., Pype J. et al. Antiapoptotic activity of argon and xenon. Cell Cycle., 2013, № 12, pp. 2636–2642. https://doi.org/10.4161/cc.25650

26. Yarin Y.M., Amarjargal N., Fuchs J., Haupt H., Mazurek B., Morozova S.V., Gross J. Argon protects hypoxia-, cisplatin- and gentamycinexposed hair cells in the newborn rat’s organ of Corti. Hear. Res., 2005, № 201, pp. 1–-9. https://doi.org/10.1016/j.heares.2004.09.015

27. Wu L., Zhao H., Wang T., Pac-Soo C., Ma D. Cellular signaling pathways and molecular mechanisms involving inhalational anestheticsinduced organoprotection. J. Anaesth., 2014, № 28, pp. 740–758. https://doi.org/10.1007/s00540-014-1805-y

28. David H.N., Haelewyn B., Degoulet M., Colomb D.G. Jr., Risso J.J., Abraini J.H. Ex vivo and in vivo neuroprotection induced by argon when given after an excitotoxic or ischemic insult. PLoS One, 2012, № 7, pр. e30934. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030934

29. Fahlenkamp A.V., Coburn M., de Prada A., Gereitzig N., Beyer C., Haase H. et al. Expression analysis following argon treatment in an in vivo model of transient middle cerebral artery occlusion in rats. Med. Gas. Res., 2014, № 4, рp. 11. https://doi.org/10.1186/2045-9912-4-11

30. Irani Y., Pype J.L., Martin A.R., Chong C.F., Daniel L., Gaudart J. et al. Noble gas (argon and xenon)-saturated cold storage solutions reduce ischemia-reperfusion injury in a rat model of renal transplantation. Nephron Extra, 2011, № 1, pp. 272–282. https://doi.org/10.1159/000335197

31. Faure A., Bruzzese L., Steinberg J.G., Jammes Y., Torrents J., Berdah S.V. et al. Effectiveness of pure argon for renal transplant preservation in a preclinical pig model of heterotopic autotransplantation. J. Transl. Med., 2016, № 14, pр. 40. https://doi.org/10.1186/s12967-016-0795-y

32. Mayer B., Soppert J., Kraemer S., Schemmel S., Beckers C., Bleilevens C. et al. Argon Induces Protective Effects in Cardiomyocytes during the Second Window of Preconditioning. Int. J. Mol. Sci., 2016, № 17, рp. 1159. https://doi.org/10.3390/ijms17071159

33. Qi H., Soto-Gonzalez L., Krychtiuk K.A., Ruhittel S., Kaun C., Speidl W.S. et al. Pretreatment with argon protects human cardiac myocytelike progenitor cells from oxygen glucose deprivation-induced cell death by activation of AKT and differential regulation of mapkinases. Shock, 2018, № 49, pp. 556–563. https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000000998

34. Qi H., Zhang J., Shang Y., Yuan S., Meng C. Argon inhibits reactive oxygen species oxidative stress via the miR-21-mediated PDCD4/PTEN pathway to prevent myocardial ischemia/reperfusion injury. Bioengineered, 2021, № 12, pp. 5529–5539. https://doi.org/10.1080/21655979.2021.1965696

35. Savary G., Lidouren, F., Rambaud, J., Kohlhauer, M., Hauet, T., Bruneval, P. et al. Argon attenuates multiorgan failure following experimental aortic cross-clamping. Br. J. Clin. Pharmacol., 2018, № 84, pp. 1170–1179. https://doi.org/10.1111/bcp.13535

36. Rizvi M., Jawad N., Li Y., Vizcaychipi M.P., Maze M., Ma D. Effect of noble gases on oxygen and glucose deprived injury in human tubular kidney cells. Exp. Biol. Med. (Maywood), 2010, № 235, pp. 886–891. https://doi.org/10.1258/ebm.2010.009366

37. Grüne F., Kazmaier S., Hoeks S.E., Stolker R.J., Coburn M., Weyland A. Argon does not affect cerebral circulation or metabolism in male humans. PLoS One, 2017, № 12, pр. e0171962. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171962

38. Маркин А.А., Журавлева О.А., Моруков Б.В., Кузичкин Д.С., Заболотская И.В., Вострикова Л.В. Метаболические реакции организма при дыхании гипоксическими аргон-кислородными и азоткислородными смесями. Физиология человека, 2017. № 43. C. 466–473. https://doi.org/10.7868/S0131164617040105

39. Шахнович П.Г., Иванов А.О., Черкашин Д.В., Беляев В.Ф., Свистов А.В., Андрианов В.П., Загаров Е.С. Возможность коррекции показателей микроциркуляции в условиях гипоксии. Вестник российской военно-медицинской академии, 2015. № 3, С. 28–32

40. Лысенко Е.А., Шмаров В.А., Рыкова М.П., Антропова Е.Н., Кутько О.В., Шульгина С.М. и др. Влияние дыхательных гипоксических газовых смесей (кислородно-азотной и кислородно-азотно-аргоновой) в условиях барокамеры на показатели клеточного иммунитета человека. Клеточная иммунология, 2022, № 43, С. 643–653. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2021-42-6-643-653